Как развивались системы активного шумоподавления и каковы их возможности

N+1Наука

Много шума для тишины

Как развивались системы активного шумоподавления и каковы их возможности

Николай Мартыненко

Гул авиадвигателя, городской шум за окном, утренний рев соседского перфоратора — в нашу жизнь регулярно вторгаются бессмысленные и беспощадные звуки, волны упругих механических колебаний. Любой звук для слышащего начинается с вибрации барабанной перепонки, которая передается по цепочке маленьких косточек в черепе и затем становятся сигналом, бегущим по слуховому нерву в головной мозг. Весь этот труд регулярно оказывается не только ненужным, но даже вредным: слово «шум» мы противопоставляем «сигналу», на шум жалуемся, от шума пытаемся сбежать или защититься.

Громкость любого звука зависит от амплитуды волн, которые добегают до нас по среде (будто то воздух, вода или даже твердое тело) до наших ушей, то есть от размаха колебаний частиц среды — чем больше «горбы» смещения, тем громче звук. Чтобы сделать любой звук тише, нужно уменьшить его амплитуду, пока он не добрался до наших барабанных перепонок. Обычно размах колебаний уменьшают, возводя всевозможные препятствия на пути распространения волны. Уличный шум ослабевает, если закрыть в комнате окно. От рева соседского перфоратора за стеной можно спастись при помощи берушей. Однако такой подход не всегда удобен и эффективен: в салоне самолета слышен гул двигателей, потому что стенок корпуса для защиты от этого шума недостаточно, в комнате с закрытым окном попросту становится душно, а в приспособлениях для ушей сложно сочетать хорошую звукоизоляцию с компактностью.

Схема регистрации звука угольным микрофоном — продольные колебания воздействуют на мембрану, заставляя ее сжиматься и разжиматься. Marc Rodriguez / giphy.com

Можно перейти от пассивной защиты к активному противодействию: уменьшить амплитуду, создав вторую волну, колебания которой происходят в противофазе — то есть «горбы» колебаний этих волн направлены противоположно. При наложении друг на друга эти колебания ослабят друг друга, амплитуда результирующей волны уменьшится, и звук станет тише — дополнительный шум буквально заглушит исходный.

Гипотетически так можно, например, заглушить шумный досуг компании с портативной колонкой при помощи точно такой же колонки, работающей «зеркально». На практике, конечно, сделать это проблематично из-за сложностей копирования звука и особенностей его распространения — эти обстоятельства затрудняют работу даже самых эффективных приборов.

Первый в истории патент на систему активного шумоподавления подал немец Пол Люг в январе 1933 года, за три дня до назначения Адольфа Гитлера рейхсканцлером. Автор предложил записывать нежелательный шум при помощи микрофона, передавать сигнал на громкоговоритель и воспроизводить в противофазе — звуковые волны наложатся и погасят друг друга, благодаря чему исходный шум исчезнет. Люг полагает, что изобретение можно использовать для борьбы с эхом в театрах и концертных залах, а также для подавления шума печатных машинок в конторах.

Схематическое описание системы активного шумоподавления Пола Люга в американском патенте (М — микрофоны, L — громкоговорители). Paul Lueg / United States Patent and Trademark Office, 1936

Вопреки воле изобретателя, патентное бюро классифицирует разработку Люга как военную, на нее вешают гриф «секретно» и передают на рассмотрение армейским структурам. Через год ведомство направляет автору ответ: изобретение лишено новизны, не представляет практического интереса для армии и потому патент на нее Люгу выдан не будет. Ученый пишет ответ со своими возражениями, однако в феврале получает второе письмо, которое касается уже практической демонстрации активного шумоподавления — теперь комиссия сочла это оригинальным приложением уже известного принципа интерференции и вновь отметила бесполезность метода в военной отрасли: в то время громкоговорители действительно были слишком слабыми и громоздкими, чтобы использоваться в армии. Однако история активного шумоподавления на этом не заканчивается.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Он и оно: как кофе управляет нашим организмом Он и оно: как кофе управляет нашим организмом

Все что вы хотели знать о кофе, включая «он» или «оно»

Популярная механика
Дело техники: как лечится одна из самых опасных болезней современности Дело техники: как лечится одна из самых опасных болезней современности

Как всего за два десятилетия изменилось лечение фибрилляции предсердий

Популярная механика
Как выбрать SSD накопитель для компьютера или ноутбука Как выбрать SSD накопитель для компьютера или ноутбука

SSD для компьютера - вполне рациональный выбор

CHIP
Александр Лопота Александр Лопота

Александр Лопота руководит ЦНИИ РТК уже десять лет

Собака.ru
Используй ложку и телефон: 20 способов доставить себе удовольствие Используй ложку и телефон: 20 способов доставить себе удовольствие

Двадцать разных способов мастурбации на любой вкус и цвет

Cosmopolitan
Кайл Чайка: В поисках минимализма Кайл Чайка: В поисках минимализма

Глава из книги, посвященной поиску минимализма в архитектуре и жизни

СНОБ
Чем чревата поддержка Лукашенко и есть ли шанс от нее «отвертеться» Чем чревата поддержка Лукашенко и есть ли шанс от нее «отвертеться»

Политический кризис Беларуси стал для России главным событием августа 2020 года

СНОБ
Время – деньги Время – деньги

Как в попытках сэкономить не доходить до абсурда?

Лиза
Меняем картридж: какая продукция ударит по карману Меняем картридж: какая продукция ударит по карману

На чем не стоит экономить при обслуживании оргтехники дома и в офисе

Популярная механика
Думай как математик Думай как математик

Как решать любые проблемы быстрее и эффективнее

kiozk originals
Неожиданные привычки, которые помогут прийти в желанную форму – начни сейчас! Неожиданные привычки, которые помогут прийти в желанную форму – начни сейчас!

Поможем тебе влюбиться в здоровый образ жизни без труда и жертв

Cosmopolitan
5 уроков стиля от персонажей фильмов Тима Бертона 5 уроков стиля от персонажей фильмов Тима Бертона

У персонажей Тима Бертона есть чему поучиться, если речь идет о стиле

Esquire
Набор веса при климаксе: как питаться, чтобы его избежать и быть в форме Набор веса при климаксе: как питаться, чтобы его избежать и быть в форме

Во время менопаузы удерживать вес на месте становится сложнее

Cosmopolitan
6 хобби парней, которые больше всего нравятся девушкам 6 хобби парней, которые больше всего нравятся девушкам

Ломай шаблоны! Нравься девушкам!

Playboy
Наш Матроскин Наш Матроскин

Вспоминаем самые интересные факты из биографии Олега Табакова

Лиза
У Microsoft появится новый конкурент: будущее Chrome OS У Microsoft появится новый конкурент: будущее Chrome OS

Что за новая система — Chrome OS?

CHIP
Правила жизни Аарона Пола Правила жизни Аарона Пола

Правила жизни актера Аарона Пола

Esquire
Примеры обмана: как битые машины продают под видом «идеальных» Примеры обмана: как битые машины продают под видом «идеальных»

Как вычислить мошенников на вторичном рынке?

РБК
Загадки исчезнувшей цивилизации Загадки исчезнувшей цивилизации

800 лет назад на месте современного Татарстана располагалась Волжская Булгария

Дилетант
«Никаких кошек!»: как зарабатывают на жизнь модели рук «Никаких кошек!»: как зарабатывают на жизнь модели рук

Как живется тем, кто зарабатывает на жизнь руками. В буквальном смысле — руками

Maxim
Что такое Что такое

Стоит ли убирать веселые кеды и покупать солидные вещи? И если да, то когда?

Cosmopolitan
«Секс без перерыва»: Дмитрий Дибров заявил о пользе порнофильмов и БДСМ в браке «Секс без перерыва»: Дмитрий Дибров заявил о пользе порнофильмов и БДСМ в браке

Дмитрий Дибров рассказал, какие виды секса нужно практиковать семейным парам

Cosmopolitan
Минимум во всём Минимум во всём

Минимализм и функциональность для молодой заказчицы от Юлии Гладковой

SALON-Interior
Сделай сам: лучшие приложения для самостоятельных поездок Сделай сам: лучшие приложения для самостоятельных поездок

Приложения, которые помогут путешествовать без агентств и сэкономить деньги

CHIP
Греческая безвыходная Греческая безвыходная

Наблюдения за человечеством, записанные в литературной форме

Esquire
Исторический рейтинг Исторический рейтинг

Tripadvisor XIX века от Императорского Русского географического общества

Вокруг света
Физики избавились от объектива в камере светового поля Физики избавились от объектива в камере светового поля

Ученые сформировали изображения светового поля без использования объектива

N+1
Отрывок из книги Никласа Натт-о-Дага «1794» Отрывок из книги Никласа Натт-о-Дага «1794»

Первая глава книги Никласа Натт-о-Дага «1794»

СНОБ
С какого возраста начинать читать ребенку книги? С какого возраста начинать читать ребенку книги?

С чего начинать читать ребенку и как эффективнее взаимодействовать в процессе?

Psychologies
На финишной прямой: о чем стоит помнить тому, кто бежит марафон На финишной прямой: о чем стоит помнить тому, кто бежит марафон

Почему иногда сойти с дистанции — это благо для бегуна?

Psychologies
Открыть в приложении